Sähköä, vetyä vai uusiutuvia polttoaineita? Tältä näyttää työkoneiden tulevaisuus

Liikenne sähköistyy vauhdilla, mutta työkoneiden osalta kehitys on ollut hitaampaa. Suomessa vuonna 2022 ensirekisteröidyistä henkilöautoista lähes viidesosa oli täyssähköautoja, mutta työkoneissa vastaava osuus oli ainoastaan 2,1 prosenttia.

Suomi on asettanut tavoitteeksi hiilineutraaliuden vuoteen 2035 mennessä. Fossiilisten polttoaineiden korvaamista työkoneissa ajaa jatkossa vahvasti monien julkisten toimijoiden, kuten suurten kaupunkien sitoutuminen vapaaehtoiseen Päästöttömät työmaat green deal -sopimukseen. Sopimus tavoittelee fossiilisista polttoaineista luopumista työmailla käytettävissä työkoneissa vuoteen 2030 mennessä. Korvaavia energiavaihtoehtoja ovat esimerkiksi uusiutuva polttoöljy, sähkö, biokaasu ja vety.

Sähköiset työkoneet löytäneet paikkansa kaupungeissa ja kaivoksissa

”Koronapandemia aiheutti globaalisti toimitusvaikeuksia ja komponenttipulaa työkoneiden valmistajille, mikä osaltaan on hidastunut sähköisten työkoneiden yleistymistä. Tuotekehitys ei kuitenkaan pysähtynyt pandemian aikana”, kertoo johtava asiantuntija Juha Ala-Hiiro Teknisen Kaupan Liitosta, jossa hän seuraa aitiopaikalta rakennus- ja työkonemarkkinaa ja liiketoimintaympäristön kehittymistä.

Sähköisten työkoneiden kehitys on edennyt kokoluokkien ääripäissä. Ensimmäiseksi ovat sähköistyneet pienet, kokoluokaltaan alle 10 tonnin työkoneet, sekä toisaalta suuret, yli 200 tonnin koneet, joita käytetään muun muassa kaivosteollisuudessa.

”Lähes kaikilla työkoneiden valmistajilla on olemassa suunnitelmat siitä, että vuoden 2025 tienoilla akuilla varustettuja työkoneita tulee markkinoille aina 35 tonnin kokoluokkaan asti”, Juha Ala-Hiiro sanoo.

Pienikokoiset sähköiset työkoneet ovat osoittautuneet toimiviksi vaihtoehdoiksi kaupunkiympäristön pienissä infrakohteissa ja esimerkiksi rakennusten sisätilakäytössä, sillä niissä on dieselmoottoriin verrattuna jopa viisi kertaa hiljaisempi melutaso. Kysyntää tämän tyyppisille koneille tuntuu olevan, ja esimerkiksi alan yksi suurimmista konevalmistajista JCB on tuonut markkinoille täyssähköisen minikaivinkoneen.

Pienimmät työkoneet näyttävätkin sähköistyvän tällä hetkellä nopeimmin. Minikaivinkoneiden lisäksi uusista trukeista  yli 70 prosenttia oli vuonna 2022 sähkökäyttöisiä.

Kaivoksissa ja louhoksissa sähkökäyttöiset maansiirtokoneet ovat olleet arkipäivää jo pitkään. Suurten maamassojen liikutteluun tarvittavat dumpperit ovat kuitenkin vaatineet yleensä kiinteän sähköliitännän, siis eräänlaisen pitkän jatkojohdon, mutta myös suurissa kokoluokissa akkukäyttöiset koneet ovat vähitellen yleistymässä. Sähkömoottori tarjoaa välittömästi suuren väännön, mistä on etua valtavien koneiden ja massojen liikuttelussa.

Myös uudenlaisia innovaatioita on nähty. Ruotsalaisen konevalmistajan Volvon konseptissa 80-tonninen kaivosdumpperi on korvattu kymmenellä pienemmällä koneella, jotka ovat akkukäyttöisiä ja itseohjautuvia. Niiden toimintaa valvotaan etäohjauksella. Etuna näiden pienten koneiden käytössä on se, että ne voivat olla ladattavana vuorotellen ja työ jatkuu tauotta.

”Tuottavuutta on saatu jopa parannettua verrattuna yhden ison koneen käyttöön”, Juha Ala-Hiiro kertoo.
Kaivuu- ja maanrakennustöissä yleisemmin käytettävien, noin 10–35 tonnia painavien työkoneiden sähköistämiseen ei ole vielä ratkaisua. Näiden työkoneiden kasvihuonekaasupäästöjä voidaan kuitenkin vähentää uusiutuvien polttoaineiden käytöllä.

Latausinfra ja työkoneiden tekniikka vaativat vielä jatkokehitystä

Sähkökäyttöisten työkoneiden akkujärjestelmiltä ja latausinfalta vaaditaan Suomen haastavissa sääolosuhteissa paljon. Myös etäisyydet latauspisteisiin on huomioitava Esimerkiksi maa- ja vesirakentamisessa työmaakohteet voivat sijaita hyvinkin kaukana toisistaan.

”Esimerkiksi metsäojan kaivuu kaukana sähköverkkojen ulottumattomissa ei ole sähkökäyttöiselle työkoneelle sopiva työmaa“, toteaa suomalaisia sähkölatausjärjestelmiä ja -palveluita toimittavan Plugit Finlandin Ammattiliikenne-yksikön liiketoimintajohtaja Tuomas Mäkelä.

Sen sijaan kaupunkiympäristössä sähkökäyttöisiä työkoneita ja ajoneuvoja on järkevää hyödyntää kotitalouksien, taloyhtiöiden, yritysten ja ammattiliikenteen tarpeisiin. 

”Uusien koneiden akkujen käyttökapasiteetti yhdistettynä kaupunkialueiden latausinfraan on toimiva yhdistelmä”, Mäkelä sanoo. 

Sähkökäyttöisen työkoneen lataamista voidaan työmaalla tarvittaessa tehostaa niin kutsutulla puskuriakulla. Se varaa itseensä energiaa sillä aikaa, kun kone tekee töitä. Ja kun virtaa tarvitaan lisää, lataus onnistuu puskuriakusta nopeammin kuin suoraan sähköverkosta.

Mäkelä muistuttaa, että nykyiset sähköiset työkonemallit on suunniteltu pitkälti polttomoottorikäyttöisten koneiden pohjalta. Hän uskoo, että seuraavan sukupolven mallit suunnitellaan alusta lähtien sähköisen voimansiirron ehdoilla, mikä tarkoittaa pidempiä käyttötunteja, nopeampaa latausta, parempaa hyötysuhdetta sekä matalampia hankintakustannuksia. Kehityksen nopeus voi yllättää.

Kaksi vuotta sitten kukaan ei uskonut, että sähköiset jakeluautot voisivat lyödä markkinalla läpi, mutta nyt ne ovat kaupungeissa täysin arkea, Mäkelä vertaa.

Hybridityökoneet vauhdittavat työkoneiden päästöjen vähentämistä 

Tuottavuusvaatimusten kasvaessa työkoneiltakin vaaditaan pitkäaikaista ja suurta tehoa. Maa- ja metsätaloustöissä energiaa täytyy varastoida suuria määriä ja pitkiä aikoja haastavissa oloissa. Usein nestemäisessä olomuodossa oleva polttoaine päihittää energiatiheydellään* akkuihin varatun energian. 

”Kun polttoaine on nestemäinen, sen saa kuljetettua pellon laidalle tai metsään”, tiivistää moottorivalmistaja Agco Powerin kehitysjohtaja Kari Aaltonen.
Agco Power kuuluu yhdysvaltalaiseen Agco-konserniin, joka on maailman kolmanneksi suurin maatalouskoneiden kehittäjä ja valmistaja. Sen traktorimerkkejä ovat esimerkiksi Massey Ferguson, Fendt ja Valtra. Agco Powerin tehtailta valmistuu vuosittain jopa 100 000 moottoria työkoneisiin ympäri maailman.

Agcon uusi Core-moottoreiden tuoteperhe perustuu ajatukselle, että moottoreissa voidaan tulevaisuudessa käyttää hyvin monipuolisesti erilaisia polttoaineita: etanolia, metanolia, biokaasua, uusiutuvaa dieseliä, synteettisiä polttoaineita ja vetyä. Monipuolinen polttoainevalikoima on saatu aikaan Agco Powerin kehittämällä moottorin sylinterikannella, joka on helposti muokattavissa erilaisten polttoaineiden tarpeisiin.

”On tärkeä muistaa, ettei polttomoottorissa tarvitse käyttää fossiilisia polttoaineita”, Agco Powerin toimitusjohtaja Juha Tervala sanoo.
Polttomoottori ja sähkömoottori voivat olla käytössä myös rinnakkain. Markkinoilla on tarjolla hybridityökoneita, joissa on hybridiautojen tapaan sekä polttomoottori että sähkömoottori.

Monet valmistajat tähyävätkin hybridien suuntaan etsiessään ratkaisuja, jotka vähentävät koneiden päästöjä nopealla aikataululla. Esimerkiksi japanilaisen Komatsun kaivinkoneissa polttomoottori tuottaa työskentelyn aikana sähköä, jonka avulla liikutetaan koneen kääntöpöytää, puomia ja kauhaa. Näin saadaan vähennettyä polttoaineen kulutusta.

”Uusiutuvat polttoaineet ja muut vaihtoehtoiset käyttövoimat pysyvät työkoneissa edelleen keskiössä vielä ainakin 2030-luvulle asti. Päästöjen vähentämisen kannalta on oleellista, että hybridien polttomoottoreissa aletaan käyttää johdonmukaisesti uusiutuvia tai synteettisiä polttoaineita fossiilisen polttoaineen sijaan”, Juha Ala-Hiiro Teknisen Kaupan Liitosta sanoo.

Pystyykö vety lunastamaan siihen kohdistuvat odotukset energiaratkaisuna?

Vedyn rooliin energiaratkaisuna kohdistuu paljon odotuksia, ja julkinen keskustelu vedystä ja sen käytön mahdollisuuksista käy vilkkaana. Paikallisesti tuotettu vety vaikuttaisi merkittävällä tavalla kansalliseen energiaomavaraisuuteen. Päästöjen vähentämisen kannalta olennaista on, että vedyn valmistuksessa käytetään uusiutuvaa energiaa.

Yksi vedyn tuotannon ja logistiikan haasteista on korkea energiankulutus. Vety voidaan paineistaa nesteeksi, jolloin sen varastoiminen ja kuljettaminen on merkittävästi helpompaa, mutta nesteytys kuluttaa runsaasti energiaa: jopa 25–30 prosenttia vedyn energiasisällöstä.
”Nesteytettynäkin vedyn työkonekäytössä haasteena on vedyn jakelu”, tutkimustiimin päällikkö Marko Paakkinen VTT:ltä toteaa.

”Jos vetyä lähdetään kuljettamaan tai sitä täytyy säilöä, niin kustannus nousee sen verran kovaksi, että sen kilpailukyky ei välttämättä kaikissa sovelluksissa riitä sähköön tai muihin vaihtoehtoisiin energiamuotoihin verrattaessa”, Paakkinen jatkaa. 

Vetysäiliö on kevyempi kuin akku, mutta säiliö vaatii paljon tilaa. Saadaanko työkoneisiin suunniteltua riittävästi tilaa vetysäiliöille, jotta työkoneisiin saadaan sama energiamäärä kuin vaikka nykyisisissä dieselkäyttöisissä koneissa, Paakkinen pohtii.

Päästöjen vähentämiseksi on tarjolla valmiita, vaihtoehtoisia energiaratkaisuja ja myös täysin uudenlaisia työkoneita. Työkoneiden käyttövoimatarpeisiin ei ole yksittäistä 'one size fits all' -ratkaisua. Ilmastonmuutoksen pysäyttämisen näkökulmasta niistä jokainen on tarpeellinen.
*) tilavuuteen varastoituneen energian suuruus tilavuusyksikköä tai massayksikköä kohden